هدف در این کار ارتقاء راندمان و کاهش تولید آلاینده‌های زیست محیطی توربوکمپرسور گازی با بازگردش حرارتی و جرمی گازهای حاصل از احتراق به کمک دو نوع مبدل حرارتی پوسته لوله‌ای و صفحه‌ای فین‌دار ‌است. مدلسازی ترمودینامیکی با استفاده از آنالیز انرژی و اگزرژی انجام شده است. مدل ترموهیدرولیکی مبدل‌های بازیاب با استفاده از آنالیز انتقال حرارت بهبود یافته و روش -NTU ε برای تخمین سطح حرارتی مورد نیاز مبدل‌ها و افت فشار آن‌ها انجام گرفته است. بهینه‌سازی سه هدفه مبدل‌های بازیاب، با اهداف بیشینه‌سازی راندمان اگزرژی سیکل، کمینه‌سازی زمان بازگشت سرمایه و کمینه‌سازی میزان تولید آلودگی NOx هردو نوع مبدل حرارتی پوسته لوله‌ای و صفحه‌ای فین‌دار با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفته و جبهه بهینه پارتو حاصل گردیده و نقطه بهینه نهایی از میان نقاط موجود بر روی جبهه با استفاده از سه روش تصمیم‌سازی بلمن- زاده، TOPSIS و LINMAP انتخاب و در نتیجه بهترین مبدل‌ها برای هریک از حالات قرارگیری مبدل حرارتی پوسته لوله‌ای و صفحه‌ای فین‌دار انتخاب شده‌است. در پایان با مقایسه‌ی مبدل‌های حرارتی پوسته لوله‌ای و صفحه‌ای فین‌دار بهینه، بهترین مبدل، برای بازگردش حرارتی توربوکمپرسورهای گازی برگزیده شده‌است. در نهایت طرح بهینه‌ی نهایی، منجر به افزایش 19.1 درصد در راندمان اگزرژی و کاهش 17.93 درصد در میزان آلاینده‌های NOx شده‌است.